Согласно новому исследованию, превращение отходов окружающей среды в полезные химические ресурсы может решить многие неизбежные проблемы, связанные с растущим количеством выбрасываемого пластика, бумаги и пищевых отходов.

Исследователи из Университета штата Огайо совершили значительный прорыв, разработав технологию преобразования таких материалов, как пластик и сельскохозяйственные отходы , в синтез-газ — вещество, которое чаще всего используется для создания химикатов и топлива, таких как формальдегид и метанол.

Работа опубликована в журнале Energy & Fuels.

Используя моделирование для проверки того, насколько хорошо система может разлагать отходы, ученые обнаружили, что их подход, называемый химическим циклированием, может производить высококачественный синтез-газ более эффективным способом, чем другие подобные химические методы. В целом, этот усовершенствованный процесс экономит энергию и безопаснее для окружающей среды, сказал Ишани Карки Кудва, ведущий автор исследования и докторант в области химической и биомолекулярной инженерии в Университете штата Огайо.

«Мы используем синтетический газ для важных химикатов, которые требуются в нашей повседневной жизни», — сказал Кудва. «Поэтому повышение его чистоты означает, что мы можем использовать его различными новыми способами».

Сегодня большинство коммерческих процессов производят синтез-газ чистотой около 80–85%, но команда Кудва достигла чистоты около 90% в ходе процесса, который занимает всего несколько минут.

Это исследование основывается на десятилетиях предыдущих исследований в Университете штата Огайо, возглавляемых Лян-Ши Фанем, выдающимся университетским профессором в области химической и биомолекулярной инженерии, который консультировал исследование. Это предыдущее исследование использовало технологию химической петли для превращения ископаемого топлива , канализационного газа и угля в водород, синтез-газ и другие полезные продукты.

В новом исследовании система состоит из двух реакторов: подвижного слоя, где отходы разлагаются с использованием кислорода, обеспечиваемого металлоксидным материалом, и камеры сгорания с псевдоожиженным слоем, которая восполняет потерянный кислород, чтобы материал мог быть регенерирован. Исследование показало, что с этой системой «отходы в топливо» реакторы могут работать на 45% эффективнее и при этом производить примерно на 10% более чистый синтез-газ, чем другие методы.

По данным отчета Агентства по охране окружающей среды, в 2018 году в США было произведено 35,7 млн ​​тонн пластика, из которых около 12,2% составляют твердые бытовые отходы, такие как пластиковые контейнеры, пакеты, бытовая техника, мебель, сельскохозяйственные отходы, бумага и продукты питания.

К сожалению, поскольку пластик устойчив к разложению, он может сохраняться в природе в течение длительного времени и его может быть трудно полностью разложить и переработать. Традиционное управление отходами, такое как захоронение и сжигание, также представляет опасность для окружающей среды.

Теперь исследователи представляют альтернативное решение, которое поможет сократить загрязнение. Например, измеряя, сколько углекислого газа их система будет выбрасывать по сравнению с традиционными процессами, результаты показали, что она может сократить выбросы углерода до 45%.

По словам Шехара Шинде, соавтора исследования и докторанта в области химической и биомолекулярной инженерии в Университете штата Огайо, их проект — лишь один из многих в химической отрасли, движимый острой потребностью в более устойчивых технологиях.

В случае данного исследования их работа может помочь радикально снизить зависимость общества от ископаемого топлива.

«Произошли радикальные изменения в том, что делалось раньше и что люди пытаются делать сейчас в плане исследований по декарбонизации», — сказал он.

В исследовании отмечается, что в то время как предыдущие технологии позволяли фильтровать отходы биомассы и пластика только по отдельности, технология этой команды также способна обрабатывать несколько типов материалов одновременно, непрерывно смешивая условия, необходимые для их преобразования.

Как только моделирование даст больше данных, команда надеется в конечном итоге проверить рыночные возможности системы, проведя эксперименты в течение более длительного периода времени с другими уникальными компонентами.

«Расширение процесса с целью включения в него твердых бытовых отходов , которые мы получаем из центров переработки, является нашим следующим приоритетом», — сказал Кудва. «Работа в лаборатории все еще продолжается в отношении коммерциализации этой технологии и декарбонизации отрасли».